● 摘要
TbDyFe巨磁致伸缩合金是一种重要的智能材料，在许多高科技领域内有着广泛的实际应用。基于磁晶各向异性补偿原理，在本课题组研制的宽温域巨磁致伸缩合金Tb0.36Dy0.64Fe2基础上，通过添加合金元素Ho以降低合金的磁晶各向异性常数，获得了具有宽温域小滞后的四元TbDyHoFe巨磁致伸缩合金。在此基础上，采用感应区熔定向凝固技术成功制备出取向的TbDyHoFe2系合金多晶体；采用光学悬浮区熔技术成功制备了取向Tb0.29Dy0.48Ho0.23Fe1.95单晶体。对制得的取向多晶体和单晶体的磁致伸缩性能和磁致伸缩应变滞后磁场性能进行了系统研究。对宽温域小滞后四元TbDyHoFe合金的磁化过程、磁致伸缩和磁致伸缩应变滞后磁场的产生过程进行了唯相理论模拟研究，提出了磁致伸缩应变滞后磁场的模型和公式。系统研究了TbDyHoFe2系合金的相结构、晶格常数、自旋再取向温度、居里温度、磁性能和磁致伸缩、磁致伸缩应变滞后磁场与合金成分的关系，获得了具有宽温域小滞后的四元TbDyHoFe巨磁致伸缩合金新合金成分。该系合金为MgCu2型Laves相立方结构，晶格常数随Ho含量增加而减小。在Ho含量小于0.3时，合金在较宽的应用温度范围具有巨磁致伸缩特性。Ho含量的增加能够降低合金的磁晶各向异性能，使得K1减小，并且显著降低磁致伸缩应变滞后磁场。采用感应区熔定向凝固技术制备了(1-x)Tb0.36Dy0.64Fe1.95+xHoFe1.95 (x≤0.30)和(1-y)Tb0.36Dy0.64Fe1.95+yTb0.20Dy0.22Ho0.58Fe1.95(y≤1)系合金的取向晶体。这类取向晶体均为Laves相和富稀土相形成的离异共晶组织，沿晶体生长方向形成柱状晶结构，符合单{111}孪晶系晶体生长机制。制备出性能均匀的取向合金棒。在-60℃~80℃宽温度范围内具有高磁致伸缩特性，取向具有明显的磁致伸缩“跳跃”效应。在15℃，10MPa预压力，120mT磁场下，取向(1-x)Tb0.36Dy0.64Fe1.95+xHoFe1.95 （x≤0.2）合金的磁致伸缩能达到900×10-6以上。在15℃，120mT磁场下，取向(1-x)Tb0.36Dy0.64Fe1.95+xHoFe1.95（x≤0.2）合金在0MPa和10MPa预压力下磁致伸缩能分别是466×10-6和915×10-6。在15℃，10MPa压力条件下，随(1-x)Tb0.36Dy0.64Fe1.95+xHoFe1.95合金的x从0增加到0.2时，磁致伸缩应变滞后磁场从16.6mT降低到12.4mT。成功制备了取向Tb0.29Dy0.48Ho0.23Fe1.95单晶体，生长固液界面为凸平面，该晶体具有优异的磁致伸缩性能，在-60℃或15 ℃温度下，在外加磁场仅为50mT时，该单晶体的磁致伸缩性能分别达到1100×10-6 和 1054×10-6；同时具有极低的磁致伸缩应变滞后磁场，在温度为15℃时，当压力为0MPa、5MPa和10MPa时，相应的磁致伸缩应变滞后磁场值为5.9 mT、7.8 mT和8.5 mT。模拟确定了不同类型磁畴的转动路径，以及在0MPa和10MPa压力条件下的取向单晶的磁致伸缩；提出了磁致伸缩应变滞后磁场的模型和公式， ，确定了对磁致伸缩应变滞后磁场的影响因素，即磁晶各向异性常数，取向因子，饱和磁化强度；对理论模型进行了试验验证，实验结果和计算模拟结果一致。 由此证明了该磁致伸缩应变滞后磁场模型的正确性。